鉆機PLC程序防丟失探索升級

孫貽國

摘 要：在海洋石油電動鉆機的系統中，PLC通訊系統是尤為重要的組織部分之一。因此，快速判斷并尋找到PLC通訊的故障點，并加以處理就變得尤為關鍵。這不僅直接關系到井下生產安全，也潛在的創造了巨大的經濟效益。近年來，中海油深圳片區多臺鉆機使用西門子S7-400PLC系統，在使用過程中出現多次PLC程序丟失故障，嚴重影響鉆機設備可靠性。為提升S7-400PLC系統的可靠性，成立鉆機PLC程序防丟失探索升級問題研究QC小組。

關鍵詞：鉆機;PLC;程序;防丟失;探索;升級

一、現狀調查

西江24-3B及惠州25-8平臺PLC通訊系統主要包括PLC主站、各變頻柜通信板、司鉆臺PLC分站、工控機以及觸摸屏系統。該系統采用了西門子S7-400PLC和Profibus現場總線技術進行對絞車、轉盤、泥漿泵系統之間的數據快速傳輸，并通過工控機實現全天候監控、故障報警、參數修改、診斷等功能。最大的優點是采用了雙PLC通訊系統，互為備用，進一步保障了安全生產的可持續性。

但近年來該系統出現的問題如下：

2016年7月9號西江24-3B平臺人員回陸地避臺風，鉆機模塊停電10余天，再次到達平臺時鉆機電控系統故障，檢查發現DSM配電間PLC綜合柜S7-400PLC模塊CPU報故障，檢查發現PLC程序丟失，最終經廠家工程師赴現場處理，進行PLC程序上傳調試，鉆機電控系統恢復正常。

2018年10月份，惠州25-8平臺因避臺風時間超過20天。鉆機維保人員11月返回平臺后，發現電控PLC系統故障，檢查發現PLC程序丟失，最終經廠家工程師赴現場處理，進行PLC程序上傳調試，鉆機電控系統恢復正常。

PLC的程序存儲器一般是有RAM、EEPROM或EPROM三種類型。其中，RAM里面的程序是用需要用電池來保存的;EEPROM及EPROM不用電池，EEPROM可以直接讀寫，而EPROM則需要燒錄。所以，從程序丟失的可能性來講：RAM最容易，EPROM則最安全。而西江24-3B平臺及惠州25-8平臺鉆機電控PLC系統S7-400PLC均使用RAM程序存儲器。因此，極易出現程序丟失問題。

二、原因分析

針對西江24-3B平臺及惠州25-8平臺都出現相同的PLC程序丟失問題，現場分析查找原因，對可能造成PLC程序丟失的要素逐一進行分析。

1、PLC內部的電池掉電;

2、PLC內部電路發生短路;

3、PLC遭遇強電磁干擾;

4、PLC電源遭受雷擊等。

目前用于S7-400CPU存儲卡有以下三種：

1）用于S7400CPU的RAM卡

2）用于S7400CPU的FlashEPROM卡（以下簡稱FEPROM）

3）只用于CPU417-4（6ES7417-4XL00-0AB0V1.1-V3.1）的擴展工作存儲器的RAM卡

參考S7-400CPU選型使用說明。西江24-3B平臺及惠州25-8平臺鉆機電控系統S7-400CPU選用RAM存儲卡。當使用RAM存儲卡時，如果出現電源故障的話，系統必須能使用后備電池或通過“EXT.BATT”插座為CPU提供外部備用電壓，以便備份存儲卡上的數據以及內部RAM上的數據，如果備用電池故障，PLC程序就會丟失。但是，如果使用FEPROM存儲卡時，用戶程序存儲在FEPROM卡中，如果出現電源故障，即使沒有后備電池，FEPROM卡里的程序也不會丟失。CPU再次上電后，會自動從FEPROM卡中拷貝用戶程序到CPU的工作存儲器中。通過分析，小組成員認為造成現場鉆機電控PLC系統程序丟失的主要原因有以下兩點：

（1）CPU備用電池電量耗盡;

（2）RAM程序存儲卡無斷電存儲功能;

三、制定對策

1、制定對策表

QC小組成員根據可行性分析，制定相應的對策，采取措施就PLC程序丟失問題進行改進升級;

序號 因素 對策 目標 地點 時間

1 CPU備用電池不可靠 定期檢查更換PLC備用電池，避臺風前更換新電池 盡量減少或規避PLC程序丟失問題 西江24-3B平臺/惠州25-8平臺 2019.01-2019.12

2 RAM程序存儲卡無斷電存儲功能 探索更換RAM存儲卡為FEPROM卡 徹底解決PLC程序丟失問題 西江24-3B平臺/惠州25-8平臺 2019.3-2020.12

四、對策實施

1、2019.01.01-2019.12期間。西江24-3B平臺及惠州25-8平臺嚴格施行定期檢查PLC備用電池維保策略，針對每次避臺風前必須更換使用超過一年的PLC備用電池方案。在此一年期間，兩個平臺均未再次出現PLC程序丟失問題。

2、2019.3-2020.12。現場嘗試探索使用FEPROM卡替代RAM存儲卡。經過現場分析討論得出結論：西江24-3B平臺及惠州25-8平臺使用的S7-400CPU可以使用FEPROM存儲卡替代目前使用的RAM存儲卡。目前正按初步方案訂購6ES7952-1KK00-0AA0型號FEPROM存儲卡。待徹底解決PLC程序丟失問題。

五、總結和下一步打算

PLC通訊系統在目前油田電動鉆機中占有著非常重要地位，又因其脆弱性、精密性，給工作環境惡劣的石油鉆井行業帶來極大的隱患。因其故障，可直接導致整套系統癱瘓，生產終止，甚至引起井下事故，給油田帶來巨大經濟損失。

參考文獻

[1] 王宇，肖玉清，陳松林.基于PLC的鉆機智能防卡鉆系統[J].煤礦機械，2013，034（009）：170-172.

[2] 張立眾，馬永翔.鉆機絞車PLC控制系統的研究與設計[J].化工自動化及儀表，2011，038（005）：554-558.